Энергия гамма-перехода

Резонансное поглощение гамма-излучения невозможно, если излучающее и поглощающее ядра свободны и неподвижны. Это связано с тем, что как при излучении гамма-кванта, так и при его поглощении, в силу закона сохранения импульса свободное ядро испытывает механическую отдачу. Часть энергии гамма-перехода излучающего ядра переходит в кинетическую энергию его движения, и энергия гамма-кванта уменьшается на величину [c.96]

Химический сдвиг допускает классическое объяснение. Известно, что ядро в основном и возбуждённом состояниях и имеет различные радиусы и, следовательно, различное пространственное распределение электрического заряда. Соответственно отличаются энергии электростатического взаимодействия ядра и распределённого заряда s-электронов, в облако которых погружено ядро. Пусть ядро с зарядом Z имеет среднеквадратичный радиус (г ) в возбуждённом и (г ) — в основном состоянии. Тогда сдвиг энергии гамма-перехода АЕ, определяемый плотностью s-электронов 0(О) на ядре, равен [c.99]

Ядро Содержание изотопа в природной смеси, % Энергия гамма-перехода Еу, кэВ Минимально наблюдаемая ширина линии Г, мм/с Спин основного состояния Спин возбуждённого состояния 1е Материнское ядро, наиболее употребительный вариант (тип распада, т /2) [c.109]

Минимальной полной энергии системы ядра и электронных оболочек отвечает случай точечного ядра. Чем протяженнее распределение электрического заряда ядра, тем — при заданном строении электронных оболочек—больше полная энергия системы. Поэтому увеличение размеров изомерного возбужденного состояния ядра по сравнению с основным приводит к увеличению энергии гамма-перехода. С другой стороны, чем больше обусловленная главным образом s-электронами (вклад р>/,-электронов значительно меньше) плотность электронов в области ядра 1 з(0) , тем— при заданных размерах ядра— больше полная энергия системы. Поэтому изменение г з(0) р в атомах поглотителя по сравнению с атомами излучателя тоже приводит к их различиям в энергии гамма-перехода (см. рис. 10). [c.27]

Энергия излучения рентгеновских аппаратов и ускорителей определяется кинетической энергией электронов, которые тормозятся мишенью (анодом). Ее можно регулировать в определенных пределах. Энергия гамма-излучения в искусственных или естественных радиоизотопах является результатом ядерных превращений и возникает при переходе ядра из одного энергетического состояния в другое [78]. [c.117]

Выбор для этой цели тулия-170 был обусловлен тем, что в отличие от большинства мягких гамма-излучателей он испускает мало жестких гамма-лучей, сопутствующих его излучению е энергией 84 кэв, имеет высокое эффективное сечение реакции, достаточно большой период полураспада (129 дней) и может быть получен свободным от других испускающих гамма-лучи примесей-. В то же время он. имеет некоторые недостатки, выражающиеся в том, что лишь 10% его энергии распада переходит в гамма-излучение и,. поскольку он является тяжелым изотопом, его собственное поглощение довольно велико тем не менее тулий можно с успехом применять не только для легких металло.в, но и для тонких изделий из тяжелых металлов, (железа, стали). [c.855]

Один из путей достижения резонанса заключается в компенсации потери энергии на отдачу с помощью эффекта Доплера. Так, в экспериментах Муна [1, 2] излучатель помещался на быстро вращающийся диск, и резонанс наблюдался при линейной скорости источника около 8 10" см/с. В других работах использовалось тепловое движение ядер источника при его нагревании или отдача излучающего ядра вследствие предшествующего гамма-переходу ядерного превращения. Такого рода исследования описаны, например, в обзорах [3, 4]. [c.96]

Гамма-лучи (заряд О, масса 0) представляют собой энергию, излучаемую ядром. Их излучение объясняется переходом прогонов и нейтронов атомного ядра в более устойчивые состояния, или упаковки , соответствующие более низким энергиям. Гамма-излучение обычно сопровождает какие-либо другие процессы [c.79]

Когда радиоактивный образец распадается с испусканием альфа-или бета-лучей, после распада обычно следует испускание гамма-лучей. Это значит, что первоначальный распад оставляет ядро в возбужденном состоянии. При этом более вероятно, что возбужденное ядро не перейдет в свое основное состояние при испускании единичного фотона. Фактически оно может достигнуть окончательного основного состояния путем испускания довольно большого числа фотонов. Каждый из этих фотонов будет результатом перехода между двумя энергетическими состояниями конечного ядра, и если бы можно было определить энергии различных переходов, то тем самым были бы найдены и относительные энергии уровней. [c.392]

Известно, что для атомов и атомных ядер, участвующих в резонансной флуоресценции, типичные значения средних времен жизни возбужденных состояний составляют по порядку величины 10 —10" сек, что отвечает ширинам линий Г = 10 10 эв. Однако, как указывалось выше, энергия фотонов исчисляется электронвольтами, а энергия ядерных переходов составляет 10 —10 эв. Отсюда следует, что (Г/ео)ат Ю" 10 , а (Г/ео)яд ч-10 . Таким образом, в случае гамма-флуоресценции резонанс оказывается гораздо острее , чем для случая оптической флуоресценции, несмотря на близкие значения величин Г, и для его наблюдения необходимо исключить в эксперименте все явления, которые могут привести к различию резонансных энергий излучающих и поглощающих систем е,, и ё . Если же, напротив, с помощью какого-либо внешнего воздействия изменить энергию ее или Вя так, чтобы их разность заметно превышала Г, резонансное поглощение должно исчезнуть. Примем для простоты, что ео = причем мы имеем возможность контролируемым образом изменять энергию излучаемого кванта ео на неко- [c.11]

Таким образом возникает возможность наблюдения ядерной гамма-резонансной флуоресценции на линиях естественной ширины — эффект Мессбауэра (рис. 1.8). Вероятность излучения или поглощения гамма-квантов в твердых телах без возбуждения фононов (вероятность эффекта Мессбауэра) принято обозначать через f или / соответственно. В тех случаях, когда эти процессы реализуются, контуры линий излучения и поглощения с естественными ширинами Г полностью перекрываются (поскольку //А, 1 и Eq = Si), и резонансная флуоресценция проявляется наиболее ярко [см. формулу (1.6) при х = = 0]. Если по каким-либо причинам энергия ядерного перехода в источнике излучения (а следовательно, и энергия гамма-кванта) отличается от энергии перехода ядра в поглотителе на величину х, много большую 2Г, то резонансное поглощение становится исчезающе малым [см. формулу (1.6) при х Э 2Г]. [c.22]

Рассмотрим сначала тонкий источник излучения, движущийся со скоростью V относительно поглотителя, и предположим, что энергии резонансных переходов в источнике излучения и поглотителе в точности одинаковы, а линии излучения и поглощения синглетны. В этом случае по аналогии с формулой (1.5) ожидаемый эффект резонансного поглощения (относительное число поглощенных гамма-квантов) может быть записан в следующем виде [c.27]

Напомним, что здесь мы для простоты принимаем полное равенство энергий перехода в излучателе и поглотителе. Тогда максимальное поглощение отвечает отсутствию движения одного из них относительно другого ц = 0. Приводимые ниже выводы, касающиеся /, /, остаются в силе и при наличии сдвига энергий перехода в поглотителе относительно излучателя. При этом максимальное поглощение будет отвечать уже скорости )=бс/ео, где о — энергия гамма-кванта. [c.27]

В обоих случаях сдвиг пропорционален разности квадратов зарядовых радиусов ядер в основном и возбужденном (изомерном) состояниях. Второе название обусловлено тем, что энергия гамма-кванта меняется в данном случае вследствие различия свойств химических связей в излучателе и поглотителе, определяющего появление отличной от нуля разности Ч (0) — (0) Для наблюдения резонансного поглощения необходимо компенсировать изомерный сдвиг относительным движением источника и поглотителя гамма-квантов со скоростью V = с (б/во). При б > О, т. е. уа > Еуз, надо увеличивать эффективную энергию гамма-квантов, двигать источник или поглотитель навстречу друг другу, в противном случае (б < 0) скорость относительного движения должна быть отрицательной. На рис. 1.17 показаны схематически энергетические уровни и энергии ядерных переходов в источнике излучения и поглотителе для разных знаков изомерных и химических разностей (г )е — [c.45]

Из приведённого выражения для / следует, что эффект Мёссбауэра тем вероятнее, чем жёстче кристаллическая решётка (выше в), ниже температура кристалла и меньше энергия отдачи, которую получило бы свободное ядро. Отдача же, согласно формуле (12.2.1), слабее для тяжёлых ядер и меньших энергий гамма-переходов. Поэтому эффект Мёссбауэра экспериментально наблюдается лишь для самых мягких Е 100 кэВ) гамма-переходов ядер средних и больших массовых чисел А > 40. Из них только несколько ядер (например, Ре, Оу) демонстрируют заметный эффект [c.97]

Если на пути гамма-квантов поместить ядра того же изотопа, но в основном состоянии, то они могут поглотить гаМма-квавты— и тогда поглотившее ядро переходит в возбужденное состояние. Для того чтобы это могло произойти, необходимо, чтобы падающий гамма-квант мог передать ядру энергию, точно равную разности энергий ядра в основном и возбужденном состояниях, не больше и ре меньше. Подобный процесс избирательного поглощения гамма-квантов называется резонансным. И казалось бы, что такое поглощение происходит очень часто, так как энергия испускаемого гамма-кванта должна быть равна разности энергий основного и возбужденного состояний. Однако это не так, ибо энергия гамма-квантов чуть-чуть меньше прп их испускании часть энергии расходуется на отдачу испускающего ядра (подобно отдаче при выстреле из ружья). [c.213]

Добротность мёссбауэровского резонанса можно определить отношением естественной ширины Г гамма-перехода ядра к энергии Е этого перехода. Для наиболее употребительного в мёссбауэровской спектроскопии ядра Ре это отношение достигает величины 6 (Г 10 эВ). В исключительных же случаях добротность мёссбауэровского резонанса оценивается величиной 101 для и даже 2 10 для По-видимому, это наиболее острые [c.98]

Естественная энергетическая ширина линии ядерного гамма-перехода Г.у определяется из времени жизни возбуждённого состояния г с учётом наличия конкурирующего канала релаксации возбуждённого состояния — процесса передачи энергии не гамма-кванту, а электрону конверсии Г.у = к/2 кт[ / -На)], где а — коэффициент конверсии перехода, а выражение 1/(1 +а) определяет относительную вероятность релаксации возбуждённого состояния по гамма-каналу. В мёссбауэровском спектре обычно наблюдается линия, не эже удвоенной естественной ширины — результат свёртки линий излучения и поглощения. [c.98]

Сверхтонкое расщепление оптических линий мало по сравнению с энергией оптических переходов. Ещё меньше энергия сверхтонкого взаимодействия по сравнению с энергией ядерных гамма-переходов. Тем не менее, в целом ряде ядер добротность мёссбауэровского резонанса такова, что сверхтонкое смещение ядерных уровней превышает наблюдаемую ширину мёссбауэровской гамма-линии или сравнимо с ней, что и делает возможным с помощью эффекта Мёссбауэра изучать сверхтонкое взаимодействие в кристаллических формах. [c.99]

Мёссбауэровские ядра в источнике и поглотителе образуют, вообще говоря, различные химические и кристаллические формы. Тогда разность энергий их гамма-переходов 5, которая и называется химическим или изомерным сдвигом, будет равна [c.100]

В качестве примера рассмотрим мёссбауэровский гамма-переход ядра Ре из возбуждённого состояния с энергией 14,4 кэВ, спином 7 = 3/2, отрицательной чётностью р и магнитным моментом ре — 0,1547 ядерного магнетона в основное состояние со спином 1/2, с той же чётностью и магнитным моментом J,g = 0,09024 я. м. Схема магнитного расщепления этих уровней показана на рис. 12.2.1. Данный переход характеризуется мультипольностью Е1, и для этого случая правилом отбора разрешено 6 переходов между подуровнями, которые показаны на рисунке стрелками. Им соответствуют 6 линий мёссбауэровского спектра, отражающих магнитное взаимодействие ядра Ре. Если величина магнитного расщепления мёссбауэровского спектра превышает ширину отдельной линии, то спектр представляет собой разрешённую серию линий (в случае [c.100]

Резонансные переходы в ядрах характеризуются чрезвычайно высокой чувствительностью к малейшим отклонениям от резонансной энергии. Поэтому происходящая — в силу закона сохранения импульса — передача части энергии гамма-кванта на отдачу ядра (подобная затрате части энергии всякого выстрела на отдачу ствола) разрушает резонансные условия. Однако в тех случаях, когда излучающее или поглощающее гамма-квант ядро закреплено в кристаллической решетке, возникает возможность восприятия импульса отдачи уже не отдельным ядром, но всей решеткой, как целым. При этом энергия отдачи — обратно пропорциональная массе излучателя или поглотителя — оказывается несравненно меньше и уже не препятствует осуществлению резонансных условий. В результате становится возможным наблюдение резонансной ядерной гамма-флуоресценции и в таких условиях, когда она необычайно чувстви- [c.6]

Переходя к значимости эффекта Мёссбауэра для общей физики, надо прежде всего остановиться на классическом опыте Паунда и Ребки [23, 46] по определению веса фотонов. Как следует из принципа эквивалентности Эйнштейна, энергия гамма-квантов, как и обычных весомых тел, должна зависеть от величины гравитационного потенциала Земли, а потому при подъеме на высоту Н частота [c.25]

В случае трансурановых элементов из-за близости величин энергий гамма-квантов в мёссбауэровских переходах к энергии рентгеновских лучей тяжелых атомов может возникнуть сильное поглощение, приводящее к дополнительным экспериментальным трудностям. [c.33]

Отрицательный противоион, возможно, представляет собой комбинацию ионов 1 , 1 и Г .) Ион Сн +, вероятно, иннцннрует полимеризацию либо путем окислення я-связи (переход электрона от мономера к Си +), либо присоединением но л-связн. Излучение высокой энергии — гамма-лучи, электроны и нейтроны — может инициировать как радикальную, так и ионную полимеризацию в зависимости от условий реакции, т. е. в зависимости от температуры и применяемых в данном случае мономера и растворителей. [c.281]

Влияние химических связей на скорость превращений атомных ядер. Одно из наиболее общеизвестных утверждений о свойствах радиоактивности состоит в том, что скорость распада атомных ядер независима от внешних условий н, в частности, от химич. состава вещества. Это утверждение можно сейчас назвать неверным уже не только принципиально, но и практически. Существуют два вида превращений атомных ядер, на скорость к-рых заметно влияет строение электронных оболочек, химич. связп распадающихся атомов — это изомерные гамма-иереходы (см. Изомерия ядерная) и вариант бета-распада, именуемый электронным захватом. Для изомерных гамма-переходов (особенно малой энергии) характерна внутренняя конверсия — переход ядра из возбужденного состояния в основное с прямой передачей энергии воз- [c.536]

Изомерные переходы обнаружены для многих изотопов, и их число будет увеличиваться по мере соверщенствования методов измерения коротких периодов полуперехода. Возможно, что если будет достигнута возможность определения периода полуперехода порядка сек или меньше, то почти все гамма-переходы можно будет рассматривать как изомерные переходы. Квантовомеханическая теория изомерных переходов приводит по крайней мере к полуколичественному пониманию их природы. Можно показать, что вероятность перехода зависит прежде всего от выделяемой энергии и от изменения спина ядра при переходе от первоначального к конечному состоянию. Если энергия фотона мала, а изменение спина ядра велико, то вероятность перехода будет мала. Можно сделать общее заключение, что долгоживущий изомер отличается на большую величину ядерного спина от конечного энергетического состояния. Часто изменения ядерного спина достигают значения четырех или пяти для довольно долгоживущего изомера. [c.391]

Поэтому резонансное поглощение на линиях естественной ширины должно было бы практически полностью отсутствовать. Ликвидация отдачи, а следовательно, и возможность наблюдения ядерной гамма-резонансной флуоресценции связаны с взаимодействием ядер в твердых телах. Спектр колебаний атомов в твердом теле (фононный спектр) можно при этом описать на основе картины набора осцилляторов в потенциальных ямах с характеристическими частотами, кратными некоторой частоте (Оа. Переход осциллятора с более высоких уровней на более низкие сопровождается поглощением фононов, т. е. исчезновением их из колебательного спектра кристалла. Противоположный процесс связан с возбуждением (испусканием) фононов, т. е. с появлением их в колебательном спектре. Число фононов данного сорта определяется как строением кристалла, так и его температурой. При предельно низких температурах (Т = 0) в решетке твердого тела происходят лишь нулевые колебания со спектром характеристических частот, который зависит от строения кристалла и может быть охарактеризован некоторой средней энергией колебаний йшср [14]. Пока энергия отдачи ядра при излучении или поглощении гамма-квантов меньше энергии связей атомов в кристаллах (исчисляющейся электронвольтами), разрыва этих связей не происходит. В этом случае все возбуждения, связанные с импульсом отдачи, который неизбежно приобретается ядром при излучении или поглощении гамма-кванта, становятся коллективными. Все осцилляторы остаются в своих потенциальных ямах. Они могут лишь переходить при этом с одного энергетического уровня на другой. Поэтому передачи импульса отдельным осцилляторам не происходит импульс отдачи воспринимается всей решеткой как целым. Однако часть энергии ядерного перехода может передаваться осцилляторам, т. е. расходоваться на возбуждение фононов . Таким образом, разрывается характерная для гамма-перехода в свободном ядре однозначная связь энергии и импульса отдачи. Лишь в том частном случае, когда возбуждения фононов не происходит, т. е. все осцилляторы остаются на тех же энергетических уровнях, подобная однозначная связь восстанавливается — и энергия и импульс делятся теперь между гамма-квантом и кристаллом как целым. Импульс отдачи свободного ядра mv практически равен импульсу отдачи кристалла MV М — масса всего кристалла), но это значит, что энергия отдачи кристалла MV I2 в М1т раз меньше энергии отдачи одиночного свободного ядра, т. е. энергия отдачи 7 криот становится ничтожно малой, гораздо меньше естественной ширины линии Г. В спектрах излучения и поглощения появляются линии, не смещенные по энергии благодаря отсутствию отдачи. Именно эти линии оказываются к тому же неуширен-ными вследствие когерентности электромагнитных волн и интерференционных явлений при 7 = 0. Или иначе для кристалла как целого выполняются и столь жесткие условия, как /Икрист <С г (ШТ) (или / крист < г (Г/е), где е — энергия нулевых колебаний, а поэтому всегда D = < Г). [c.22]

Эффект резонансной ядерной флуоресценции без отдачи, как правило, достаточно ярко проявляется на фоне других нерезонансных процессов взаимодействия гамма-квантов с веществом, когда R % йшср ( ср — средняя частота характеристического спектра кристалла см. ниже) и вдобавок Т < R k. Эти условия налагают определенные ограничения на возможные объекты исследования (ядра и вещества). Даже при наибольших значениях йсоср ( 0,2 эв) величине R 0,5 эв отвечают уже исчезающе малые значения f п f. Между тем при А = 100 величинам R 0,5 эв соответствуют энергии ядерных переходов Ёо > 300 кэв. Так как с уменьшением массы ядра энергия первых уровней возбуждения, как правило, сильно возрастает, то величина R очень сильно растет при переходе от тяжелых ядер к легким. Поэтому вероятность наблюдения эффекта Мессбауэра для легких элементов оказывается чрезвычайно малой. На рис. 1.9 приведена таблица элементов, на которых уже наблюдался эффект Мессбауэра . Наиболее легким из таких элементов является пока калий. Наличие эффекта Мессбауэра для железа, германия, олова, теллура, иода, золота, криптона и ксенона, многих металлов, почти всех лантаноидов, а также ряда актиноидов открывает весьма богатые возможности различных химических исследований, в первую очередь изучения комплексных и элементоорганических соединений. Как будет видно из дальнейшего, в основе таких исследований лежит наблюдение изменений энергии резонансных гамма-квантов под влиянием химических связей атомов излучателей и поглотителей. Для]химиков, конечно, огорчи- [c.23]

Необходимость учета квадратичного допплеровского сдвига в экспериментах по эффекту Мессбауэра была отмечена впервые Джозефсоном [68], обратившим внимание на важность учета различия температур излучателя и поглотителя в опытах по определению гравитационного сдвига энергии гамма-квантов типа опыта Паунда и Ребки [69]. Ход рассуждений Джозефсона весьма прост. С испусканием -кванта одно из ядер в решетке становится легче на величину = — (е /с ). Между тем его импульс в решетке при излучении кванта без отдачи не меняется. В результате кинетическая энергия данного ядра р /2т, а соответственно и вся кинетическая энергия ядер в решетке возрастают на величину 6Е = 6 р 12т) = — (р /2) Ьт1т ) = (и 2с ) е,о, и на такую же величину должна уменьшиться энергия излучаемого кванта. Соответственно при поглощении одним из ядер решетки гамма-кванта кинетическая энергия движения ядер в решетке уменьшается, а потому и резонансная энергия поглощаемого кванта также должна уменьшиться. Квадратичный допплер-эффект в отличие от отдачи смещает резонансные энергии излучаемого и поглощаемого квантов в одну и ту же сторону. Усреднение по значениям дает бв = v l2 ) ео = Е тс ) Ео, т. е. изменение резонансной энергии гамма-кванта пропорционально средней кинетической энергии мессбауэровских атомов в решетке, зависящей от теплоемкости решетки, т. е. ее температуры и химического состава. В конечном счете относительное изменение резонансной энергии гамма-квантов с температурой описывается соотношением д1дТ) (бд/бо) = — (Ср/2с ), где Ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении. Так, для железа при комнатной температуре относительное изменение энергии гамма-квантов на Г К составляет 2,2 (т. е. величину, равную гравитационному смещению энергии у-кванта на высоте 22 м), а ожидаемое смещение при переходе от комнатной температуры до абсолютного нуля близко к естественной ширине линии. [c.40]

Величина б — разность г а — е ,) — называется изомерным или химическим сдвигом спектральной линии поглотителя относительно данного источника излучения. Первое название обусловлено полной аналогией описываемого изменения энергии гамма-квантов изменению энергии оптических спектральных переходов при переходе от соединений атомов, ядра которых находятся в основном состоянии, к тем же соединениям с изомерными ядрами (изомерный сдвиг оптических спектральных линий впервые наблюдался Мелис-синосом и Дэвисом [77] на примере и изомера "Hg). [c.45]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология